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Les carburants liquides de remplacement



par Jean-Claude Therace

  1. Introduction

    La plupart des carburants liquides de remplacement sont à base d’alcool. Leur densité est différente de celle de l’essence, ce qui modifie la loi de débit et change le niveau constant dans la cuve du carburateur pour un flotteur d’un poids déterminé. Enfin, l’équation de combustion complète, de chacun de ces hydrocarbures montre que le dosage des mélanges dans la composition desquels ils entrent n’est pas identique à celui de l’essence.

    Il n’est donc pas possible de passer à la marche à l’essence à un autre carburant liquide sans certaines transformations qui comprennent en principe, tout ou partie des opérations suivantes :

    1. Modification du réchauffage,

    2. changement des gicleurs,

    3. changement du flotteur de la cuve du carburateur suivant la densité,

    4. modification de l’avance à l’allumage et

    5. modification du taux de compression.

    L’utilisation de l’alcool pur dans un moteur à explosion présente aussi un certain nombre de difficultés :

    1. faible tension de la vapeur à froid rendant la vaporisation difficile lors de la mise en route,

    2. tendance de former de l’acide acétique à l’échappement risquant d’entraîner la formation de rouille sur les soupapes et dans le pot d’échappement,

    3. combustion plus lente que celle de l’essence,

    4. pouvoir calorifique moindre.

    En regards de ces inconvénients l’alcool présente toutefois un pouvoir antidétonant élevé et…..un décalaminant puissant.

  2. Carburation externe

    Aucun des carburants de remplacement n’ayant encore vu son emploi généralisé (sauf pour l’Amérique latine) la modification des carburateurs n’est prévue que par de rares passionnés. Toutefois, Solex a fabriqué des carburateurs essence/alcool mais le rendement était toujours au détriment d’un des deux carburants.

    On envisage pas non plus le fonctionnement des moteurs à explosion avec du gazole, les nombreux essais effectués à cet effet lors de la raréfaction de l’essence ayant montré que cette marche ne peut se faire dans des conditions satisfaisantes et nécessite par ailleurs une gazéification de ce combustible qui conduit à des dispositifs compliqués. Seul l’injection pourrait apporter des solutions significatives.

  3. Carburation interne (injection mécanique)

    i) Fonctionnement polycarburant

    Les moteurs polycarburants peuvent fonctionner non seulement au gazole, mais aussi à l'essence, au pétrole lampant au kérosène et différentes autres huiles. Le passage d'un type de carburant à un autre requiert des mesures d'adaptation au niveau de la distribution du carburant, afin d'éviter des différences de performances trop importantes.

    Les moteurs diesel de types spécifiques peuvent aussi fonctionner avec d'autres carburants de substitution. Dans ce cas, des pompes, par exemple, Bosch MW et P modifiées sont employées.

    Les caractéristiques essentielles du carburant sont le point d'ébullition, la densité et la viscosité.

    Afin de pouvoir optimiser ces caractéristiques ensemble, il est nécessaire de modifier la conception de l'équipement d'injection et du moteur.

    En raison des points d'ébullition plus bas des carburants « verts » (carburants de substitution), le balayage de la galerie d'alimentation de la pompe d'injection est plus intense et s'effectue sous une pression accrue. Pour cela, une pompe de pré-alimentation est utilisée.

    Dans le cas des carburants de faible densité (par ex. essence), le débit de pleine charge est accru au moyen d'une butée commutable de la tige de réglage.

    Afin d'éviter les fuites dues à la faible viscosité du carburant, les éléments de pompage comportent un barrage de fuites, réalisé par deux rainures annulaires usinées dans le cylindre de pompage.

    La rainure supérieure communique avec la chambre d’aspiration (galerie d'alimentation) de la pompe par un canal.

Le carburant qui s'écoule entre le piston et le cylindre lors de la course de compression se détend dans cette rainure et retourne à la galerie d'alimentation par ce canal. La rainure inférieure présente un orifice d'arrivée pour l'huile de barrage. De l'huile provenant du circuit de lubrification du moteur est refoulée sous pression dans cette rainure (canal de barrage de fuites), après avoir traversé un filtre fin. Aux régimes normaux de fonctionnement du moteur, cette pression est supérieure à la pression du carburant dans la galerie d'alimentation, ce qui assure une bonne étanchéité de l'élément de pompage. Un clapet de non-retour empêche le passage du carburant dans le circuit de lubrification lorsque la pression d'huile au régime de ralenti devient inférieure à une certaine valeur.

ii) Fonctionnement à l'alcool

Les pompes d'injection en ligne traitées et rééquipées en conséquence peuvent également assurer l'alimentation des moteurs fonctionnant à l'alcool, à savoir le méthanol ou l'éthanol. Les mesures à prendre englobent :

- l'utilisation de joints spéciaux,

- une protection spéciale des surfaces en contact avec l'alcool,

- l'utilisation de ressorts en acier inoxydable et

- le recours à de lubrifiants spécifiques.

Pour fournir une quantité d'énergie équivalente, le volume de refoulement nécessaire pour le méthanol et pour l'éthanol doit être respectivement 2,3 fois et 1,7 fois plus élevé que pour le gazole. Au niveau des sièges des clapets de refoulement et des aiguilles d'injecteur, il faut prendre en compte une usure plus forte que lors d'un fonctionnement au gazole.

iii) Fonctionnement aux biocarburants (FAME)

Pour le fonctionnement avec les FAME, la pompe d'injection doit être modifiée de la même manière que pour le fonctionnement à l'alcool.

L'EMC est l'un des FAME employés. En cas de pompes d'injection non modifiées, au maximum 5% d'EMC peuvent actuellement être mélangés au gazole, conformément au projet de norme européenne datant de l'an 2000. L'utilisation d'une fraction plus élevée ou de qualité inférieure peut entraîner des colmatages ou une détérioration du système d'injection A l'avenir, d'autres FAME sous forme pure ou mélangés au gazole (= 5%) devraient être utilisés.

Une norme définitive concernant les FAME est actuellement en cours d'élaboration. Celle-ci définira précisément les propriétés, la stabilité et les niveaux d’impuretés maxima autorisés. C'est seulement ainsi que sera garanti le fonctionnement du système d'injection et du moteur.

  1. PARTICULARITÉS DES POMPES D'INJECTION D'ESSENCE

    Ces pompes fonctionnent, en principe, de la même manière que les pompes d'injection des moteurs Diesel. Chaque élément est formé d'un cylindre en acier dans lequel se déplace un piston sous l'effet d'une came. Mais l'essence ne possède aucun pouvoir lubrifiant. Il est donc nécessaire d'assurer la lubrification du piston au moyen d'huile introduite, sous pression, dans un espace annulaire à mi-hauteur du cylindre.

    Les variations de la quantité de carburant injecté sont obtenues soit par variation de la course du piston, soit par déplacement circulaire du piston. Dans ce dernier cas, le piston a une course fixe, il est muni d'une rampe hélicoïdale à son sommet et c'est le déplacement circonférentiel de cette rampe qui détermine le volume de carburant injecté.

    Le « calage » d'une pompe d'injection d'essence varie selon l'emplacement des injecteurs.

    Lorsque l'injecteur projette le carburant directement dans le cylindre, l’injection doit débuter au voisinage de la fermeture de la soupape d'admission, c'est-à-dire 40° à 50° après le PMB qui précède la compression.

    Lorsque l'injecteur est placé vers la soupape d'admission (cas le plus courant), l'injection doit débuter après l'ouverture de cette soupape, mais être terminée lorsque le piston du moteur atteint le milieu de sa course descendante.

    Lorsque l'injection s'effectue dans la tubulure d'admission entre le volet d'accélération et les soupapes du moteur, le calage de la pompe est, en principe, indifférent.

    D'une manière générale, le calage de la pompe d'injection sur un moteur à essence exige moins de précision que la même opération sur un moteur diesel. Pour les moteurs diesel, l'injection détermine directement le début de l'inflammation du combustible, c'est-à-dire le début du temps moteur. L'injection d'essence sur les moteurs à explosion est simplement destinée à préparer un mélange carburé de meilleure qualité par un dosage plus précis et une pulvérisation beaucoup plus fine (atomisation). Le début de l'explosion est déterminé par le calage de l'allumage, complètement indépendant du calage de la pompe.

    Alimentation. Pour assurer un fonctionnement correct de la pompe d'injection, il est nécessaire que le carburant lui parvienne sous une légère pression et dans un état exempt d'air, d'eau et d'impuretés solides.

    La pompe d'alimentation peut être à membrane, entraînée par le moteur lui-même ou par la pompe d'injection. Elle peut être totalement indépendante, actionnée électriquement par pulsations électromagnétiques ou par un moteur avec pompe rotative. Dans tous les cas, la pompe est précédée d'un filtre primaire, destiné à retenir l'eau et les impuretés solides grossières. Elle refoule le carburant dans un ou deux filtres fins, chargés de retenir l'air et les boues microscopiques. Une soupape de retour permet, dans certains cas, de renvoyer au réservoir l'excédent de carburant et l'air pouvant s'être introduits dans le circuit d'alimentation.

    La pression d'alimentation est de 0,5 à 1 bar (0,5-1 kg/cm²).


Récolté pour vous : THERACE J-Cl.

Source partielle: ©Robert BOSCH Gmbh.

09/2007

(© Jean-Claude Therace)
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Sommaire

Idée & conception © 1999-2011 van Damme Stéphane.


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